面试题：Python thread模块中的线程同步问题

Question

在使用Python的thread模块时，可能会遇到线程同步问题，比如多个线程同时访问共享资源导致数据不一致。请详细阐述如何使用thread模块中的锁机制来解决这一问题，并给出一个具体的代码示例，示例中至少包含两个线程对共享资源进行读写操作。

Answer 1

1. 锁机制原理

在Python的thread模块（在Python 3中建议使用_thread，thread模块已被弃用）中，锁（Lock）是一种同步原语。当一个线程获取到锁时，其他线程必须等待该线程释放锁后才能获取锁并访问共享资源，从而避免多个线程同时访问共享资源导致的数据不一致问题。

2. 代码示例

import _thread
import time

# 共享资源
shared_resource = 0
# 创建锁对象
lock = _thread.allocate_lock()


def increment():
    global shared_resource
    for _ in range(100000):
        # 获取锁
        lock.acquire()
        try:
            shared_resource += 1
        finally:
            # 释放锁
            lock.release()


def decrement():
    global shared_resource
    for _ in range(100000):
        # 获取锁
        lock.acquire()
        try:
            shared_resource -= 1
        finally:
            # 释放锁
            lock.release()


try:
    # 启动第一个线程
    _thread.start_new_thread(increment, ())
    # 启动第二个线程
    _thread.start_new_thread(decrement, ())
except:
    print("Error: unable to start thread")

# 等待一段时间，确保线程执行完毕
time.sleep(2)
print("Final value of shared resource:", shared_resource)

在上述代码中：

• lock = _thread.allocate_lock() 创建了一个锁对象。
• 在increment和decrement函数中，通过lock.acquire()获取锁，确保只有一个线程可以进入临界区（对共享资源进行操作的代码段）。
• 使用try - finally语句块，在try块中对共享资源进行操作，在finally块中使用lock.release()释放锁，以保证无论操作是否出现异常，锁都会被释放。
• 最后启动两个线程分别执行increment和decrement函数，并等待一段时间确保线程执行完毕后输出共享资源的最终值。